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Hidrogênio - H



Número atômico 1 | Massa atômica 1,00794 | Elétrons 1s1 |

História da descoberta |

Disponibilidade |

Produção | Propriedades |

Compostos e/ou reações |

Aplicações | Isótopos | Hidrogênio e energia |

Página da Tabela Periódica


História

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Do grego hydro e genes (gerador de água. Nome atribuído por Lavoisier em 1783). O físico e químico inglês Robert Boyle descreveu, em 1671, a formação de um gás inflamável pela reação de partículas metálicas com ácidos diluídos. Em 1766, Henry Cavendish, também físico e químico inglês, reconheceu-o como elemento distinto, apesar da suposição equivocada de que era liberado pelo metal e não pelo ácido.


Disponibilidade

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É o elemento mais abundante no Universo. Todos os demais foram formados a partir dele ou de outros elementos que o hidrogênio formou. Estima-se que o hidrogênio representa cerca de 90% dos átomos do universo e 75% da sua massa.

É o elemento básico das estrelas, que liberam enormes quantidades de energia pela reação de fusão de átomos de hidrogênio para formar o hélio.

É o componente principal de Júpiter e de outros planetas gigantes. No interior do planeta, depois de certa profundidade, a pressão é tamanha que o hidrogênio molecular sólido é convertido em hidrogênio metálico. Este último já foi obtido em laboratório.

Não é encontrado puro no ambiente terrestre. Na realidade, é encontrado na atmosfera em pequenas proporções, menos de 1 ppm em volume (por ser o gás mais leve, escapa facilmente da gravidade terrestre). Na forma combinada, está presente em numerosos compostos (o mais comum é, naturalmente, a água). É considerado o décimo elemento mais abundante do planeta.

Lembrar que a substância hidrogênio possui moléculas diatômicas (H2). Assim, a palavra "hidrogênio" pode tanto significar o átomo do elemento (H) quanto a substância constituída dessas moléculas.


Produção

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Em pequenas quantidades, pode ser obtido pela reação de ácidos com metais. Exemplo:

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2.

Ou pela reação do hidreto de cálcio com água:

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2.

Industrialmente pode ser produzido pela decomposição de hidrocarbonetos sob ação do calor:

CH4 + H2O → CO + 3H2.

Ou pela oxidação parcial de hidrocarbonetos:

CH4 + (1/2) O2 → CO + 2H2.

Outro método industrial viável é a eletrólise da água.


Propriedades

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Hidrogênio é um gás incolor altamente inflamável. Concentrações baixas (acima de 4%) são suficientes para a queima no ar. Considerando que a chama é praticamente incolor e que vazamentos ocorrem com relativa facilidade, pode-se concluir que a manipulação requer procedimentos e tecnologias especiais por razões de segurança.

Grandeza Valor Unidade
Massa molecular 2,016 g/mol
Massa específica do gás (0ºC e 1 atm) 0,09 kg/m3
Idem, a 15ºC e 1 atm 0,085 kg/m3
Idem, na temp ebulição e 1 atm 1,312 kg/m3
Massa esp do liq na temp ebulição e 1 atm 70,973 kg/m3
Ponto de fusão (1 atm) −259,14 °C
Calor de fusão (H2) 0,117 kJ/mol
Ponto de ebulição (1 atm) −252,87 °C
Calor de vaporização (H2) 0,91 kJ/mol
Calor de atomização 218 kJ/mol
Temperatura crítica −240 °C
Pressão crítica 1298 kPa
Massa específica crítica 30,09 kg/m3
Temperatura do ponto tríplice −259,3 ºC
Pressão do ponto tríplice 7,2 kPa
Cp (a 100 kPa e 25ºC) 0,029 kJ/(mol ºC)
Cv (a 100 kPa e 25ºC) 0,021 kJ/(mol ºC)
Relação Cp / Cv (a 100 kPa e 25ºC) 1,384 -
Viscosidade a 0ºC e 1 atm 0,0000892 Poise
Condutividade térmica a 0ºC e 1 atm 0,168 W/(m °C)
Solubilidade em água a 0ºC e 1 atm 0,0214 vol/vol
Temperatura de auto-ignição 560 ºC
Eletronegatividade 2,20 Pauling
Estados de oxidação +1, −1 -


Compostos e/ou reações - alguns exemplos

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Na Terra, o principal composto é formado com o oxigênio, isto é, água. Também existe em substâncias orgânicas, no petróleo, no carvão. Combina-se com muitos outros elementos, algumas vezes de forma explosiva. Interessante observar que, apesar da ampla variedade de compostos, o hidrogênio não reage, diretamente e sob condições normais, com a maioria dos elementos.

Reação com oxigênio 2H2 + O2 → 2H2O.
Reação com água Não ocorre. Pode haver dissolução na razão de ≈ 0,0016 g/kg sob pressão normal e 20ºC.
Reação com halogênios (exemplo) H2 + F2 → 2HF.


Aplicações - alguns exemplos

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Produção de amônia (processo Haber), hidrogenação de óleos e gorduras comestíveis, produção de metanol, redução de minerais metálicos, soldas, remoção de enxofre de óleo combustível e gasolina, análises químicas, fabricação de semicondutores, tratamento térmico de metais, combustível para foguetes, células de combustível, etc.

É o gás de menor massa específica e, por isso, foi muito usado em balões e dirigíveis até certa época. Mas é perigoso por ser bastante inflamável. O histórico incêndio do dirigível alemão Hindenburg em 1937, que marcou o fim da era desse tipo de transporte, é o exemplo clássico, embora alguns estudiosos digam que outros materiais inflamáveis contribuíram para a tragédia, além dos cerca de 212 000 metros cúbicos de hidrogênio que o artefato continha.

O seu ponto de ebulição é cerca de 20°C acima do zero absoluto e, assim, tem importantes aplicações em criogenia.

O deutério (2H) é usado em reatores nucleares como moderador de nêutrons. O trítio (3H) é gerado em reatores nucleares e usado em bombas de fissão.


Isótopos

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A coluna % natural indica o teor encontrado no elemento natural. Valor nulo indica produção artificial. Símbolos para tempos de meia vida: s (segundo), m (minuto), h (hora), d (dia), a (ano). A tabela contém os principais isótopos do elemento. Não são necessariamente todos.

Simb % natural Massa Meia vida Decaimento
1H 99,985 1,0078 Estável -
2H 0,015 2,0141 Estável -
3H 0 3,0160 12,3 a β− p/ 3He


Hidrogênio e energia

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Poder calorífico de um combustível é a quantidade de calor, por unidade de massa, gerada pela sua queima. Segue uma comparação do hidrogênio com alguns combustíveis comuns (em kJ/kg).

Hidrogênio Propano Gasolina Querosene Óleo diesel Álcool
144500 50032 46055 45218 44380 30145

Por ser o combustível de maior poder calorífico, é usado em foguetes espaciais, onde o peso é fator determinante. O produto da combustão é apenas água e, por isso, classificado como combustível limpo, sem prejuízos ambientais.

Esses fatores levam à suposição de que o hidrogênio pode ser uma alternativa futura para os combustíveis fósseis, sem a indesejável emissão do dióxido de carbono responsável pelo efeito estufa. Motores de combustão interna podem ser construídos para usar hidrogênio. Alguns modelos experimentais para uso em veículos já se encontram em operação. As células de combustível produzem eletricidade diretamente a partir da reação do hidrogênio com o oxigênio, mas custo ainda alto é limitante para aplicações comuns.

Entretanto, há problemas a resolver. Não existem jazidas de hidrogênio na natureza e, portanto, ele é produzido a partir de algum composto, o que exige teoricamente a mesma energia que ele pode fornecer. Mas, para manter o status de não agressão ambiental, a fonte dessa energia deve ser também limpa. A estocagem é outro aspecto que precisa evoluir em razão, principalmente, dos riscos de um combustível gasoso, altamente inflamável e de chama invisível.

O fato de o hidrogênio não ser encontrado livre na natureza terrestre leva-o à condição de meio de transporte de energia e não de fonte energética em si. Em razão disso e considerando as dificuldades e riscos do transporte e da armazenagem em larga escala, alguns especialistas sugerem que seria mais viável intensificar as pesquisas por bateriais mais eficientes para uso automotivo. Assim, os meios de transporte passariam a usar diretamente a energia elétrica e as ações necesárias seriam basicamente o aumento das estruturas existentes de geração e distribuição.


Topo pág | Última revisão ou atualização: Set/2009